預(yù)應(yīng)力混凝土T梁裂縫成因及施工處理技術(shù)

王路

山東省公路橋梁檢測(cè)中心有限公司 山東 東營(yíng) 257100

引言

相較鐵路水路構(gòu)建而言，公路運(yùn)輸雖然速度慢，單次承載量小，但靈活性更強(qiáng)，除能對(duì)鐵路網(wǎng)進(jìn)行有效補(bǔ)充還在小宗物品運(yùn)輸上有不可替代的作用。隨著近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，公路網(wǎng)建設(shè)也在不斷緊密，在不便施工的地區(qū)橋梁的架構(gòu)發(fā)揮著不可替代的作用，應(yīng)用范圍也逐步擴(kuò)大到鐵路。隨著各種交通運(yùn)輸方式的承載量的不斷加大，對(duì)各交通設(shè)施橋梁鐵路的質(zhì)量都提出了更高的需求，尤其是高級(jí)公路和鐵路，其行車(chē)速度快對(duì)于橋梁的平整與質(zhì)量的要求更高。預(yù)應(yīng)力混凝土T梁具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、施工時(shí)間短、跨越范圍相對(duì)較大等卓越優(yōu)勢(shì)，新建橋梁多采取這種技術(shù)。但是近幾年頻繁發(fā)現(xiàn)T梁產(chǎn)生裂縫，裂縫對(duì)于混凝土T梁而言，不僅影響外部觀感，重要的是許多裂縫會(huì)大大降低其本身的承載能力和使用周期，一旦裂縫繼續(xù)擴(kuò)大而沒(méi)有發(fā)現(xiàn)，還會(huì)危害人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。預(yù)應(yīng)力T梁極易受外力影響溫濕度的變化、混凝土原料質(zhì)量、施工操作規(guī)范都是影響T梁成品質(zhì)量的重要因素。為此，對(duì)其裂縫進(jìn)行成因分析并探討施工處理技術(shù)勢(shì)在必行。

1 相關(guān)概況

1.1 概念簡(jiǎn)述

預(yù)應(yīng)力混凝土T梁是指采用預(yù)制拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土制作的橫截面呈T型的橋梁結(jié)構(gòu)，其多采取鋼構(gòu)鏈接，是2017年1月1日實(shí)施的一項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在我國(guó)的公路鐵路所涉橋梁架設(shè)中被廣泛使用，具有自重輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能優(yōu)越、所需材料少、安裝方便、施工時(shí)間短、生命周期長(zhǎng)、跨越范圍相對(duì)較大等特點(diǎn)。

1.2 施工方法

目前，我國(guó)的預(yù)應(yīng)力混凝土T梁主要有先張法和后張法兩種制作方式，其核心的區(qū)別在于混凝土澆筑與預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉的先后次序。先張法T梁需要先張拉后以混凝土為原料澆筑部件，等待整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后放張，完成施工目標(biāo)。后張法需要先施工澆筑后張拉。其中先張法施工難度相對(duì)較低、環(huán)節(jié)較少，后張法則多了打孔灌漿等多項(xiàng)操作孔道阻塞極易發(fā)生，施工難度高但可跨長(zhǎng)度相對(duì)較大。需要根據(jù)整體項(xiàng)目狀況采取對(duì)應(yīng)方法[1]。

2 裂縫成因

常見(jiàn)的T梁裂縫有結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫兩種，其設(shè)計(jì)因素巨多外部環(huán)境溫濕度、很凝土自身質(zhì)量、施工質(zhì)量等都是其產(chǎn)生裂縫的成因。

2.1 原材料質(zhì)量

2.1.1 水泥質(zhì)量。原材料的質(zhì)量是影響整體工程施工質(zhì)量的核心要素，原材料質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)直接關(guān)系了整體工程質(zhì)量是否能達(dá)到預(yù)期。混凝土的主要原材料為水泥，水泥質(zhì)量的高低會(huì)影響混凝土整體的強(qiáng)度和T梁的整體彈性，彈性不夠則易發(fā)生裂縫。為此在施工之前，對(duì)原材料砂石的含泥量進(jìn)行檢測(cè)是必不可少的。此外，在施工進(jìn)程中也要定期復(fù)檢，發(fā)現(xiàn)不達(dá)標(biāo)原料應(yīng)立即處理，以免影響叔公效果。同時(shí)不同水泥配置混凝土的配比也不同，在采用原材料制作混凝土?xí)r，要嚴(yán)格遵循生產(chǎn)廠(chǎng)家的建議配比，切勿由施工人員按已有經(jīng)驗(yàn)直接施工，并要反復(fù)核驗(yàn)混合后的混凝土質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，符合要求后才可施工。

2.1.2 混凝土配比。如前所述，在混凝土的制作過(guò)程中水泥是核心原料，水泥與水的配比會(huì)直接影響混凝土的質(zhì)量，而水泥的比重會(huì)影響混凝土的黏度和使用強(qiáng)度，提升水泥的占比固然能增大強(qiáng)度，但是影響眾多。在國(guó)家相關(guān)施工規(guī)范中，有明確條文規(guī)定，要求在澆筑通行橋梁的預(yù)應(yīng)力T梁時(shí)，混凝土必須符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。及其原料混凝土的強(qiáng)度需要符合C50要求。而在實(shí)際的工程建設(shè)中，為了達(dá)到建設(shè)要求，實(shí)際需求的混凝土強(qiáng)度要高于標(biāo)準(zhǔn)。直觀來(lái)講，實(shí)際所需強(qiáng)度是標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的120%，才能達(dá)到正常施工所需質(zhì)量。許多施工單位為了滿(mǎn)足強(qiáng)度，會(huì)無(wú)視混凝土原料不同的科學(xué)配比，通過(guò)加大水泥占比來(lái)提升強(qiáng)度。這種不科學(xué)的方式看似是對(duì)原材料質(zhì)量的高要求實(shí)際卻是不達(dá)標(biāo)的原料，水泥比重過(guò)大會(huì)在凝固時(shí)過(guò)分產(chǎn)生水化熱，致使水分快速蒸發(fā)出現(xiàn)眾多網(wǎng)狀無(wú)規(guī)律裂縫。反之，大量加水會(huì)降低黏度，也不利于后期養(yǎng)護(hù)。故而混凝土配比不合理是許多裂縫產(chǎn)生的內(nèi)因。

2.1.3 配筋質(zhì)量。上述水泥質(zhì)量和整體混凝土都是影響混凝土強(qiáng)度與黏度的重要因素，除此之外，在預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的構(gòu)建中，鋼筋也是必不可少的關(guān)鍵原材料。在T梁的設(shè)計(jì)中，鋼筋起著保障整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，承托大部分的受力任務(wù)，也是凝聚整體框架避免混凝土凝固過(guò)程中過(guò)分形變產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵因素，鋼筋質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，不僅關(guān)系著裂縫問(wèn)題，更是整體架構(gòu)能否完成預(yù)設(shè)承載量的核心環(huán)節(jié)。在我國(guó)的相關(guān)施工規(guī)范中，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土T梁所采取的鋼材有著明確的標(biāo)準(zhǔn)，橫隔板漸變段處必須采用Φ120鋼筋為原材料，對(duì)其間距也有標(biāo)準(zhǔn)，固定設(shè)為200mm，如果在施工環(huán)節(jié)忽視了鋼筋相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不僅會(huì)產(chǎn)生裂縫問(wèn)題，嚴(yán)重者會(huì)危及整體橋梁質(zhì)量，危害人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

2.2 溫度應(yīng)力

即便是科學(xué)配比的混凝土在凝固過(guò)程中產(chǎn)生水化熱也是難以避免的，其前期表現(xiàn)多為受水化熱影響其彈性模量，形成殘余應(yīng)力，中后期則主要受外部溫度影響。具體而言，就是在混凝土澆筑后初步凝固的時(shí)期，混凝土內(nèi)部由水化熱引起的溫度急劇上升后由于內(nèi)部與外部散熱能力差異大，導(dǎo)致內(nèi)外溫度出現(xiàn)內(nèi)高外低，產(chǎn)生梯度差，內(nèi)部壓力增大，出現(xiàn)裂縫。后期內(nèi)部環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定，受外部影響更大，由于環(huán)境的影響會(huì)加大內(nèi)外的溫差，又受限于基座，當(dāng)外部溫度變化到達(dá)一定值時(shí)，內(nèi)部拉力逐步上升，超過(guò)自身能力形成裂縫。為此，混凝土自身溫度差的變化加之外部環(huán)境的差異會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，產(chǎn)生裂縫，尤其極端高溫與低溫環(huán)境下施工，溫度應(yīng)力更大，加之隨之而來(lái)的濕度應(yīng)力，會(huì)對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生極大的影響。

2.3 收縮應(yīng)力

收縮應(yīng)力也可視為由濕度變化產(chǎn)生的應(yīng)力，溫度的變化多伴隨著濕度的演變，雖然混凝土內(nèi)部濕度變化并不劇烈，但會(huì)受到外部濕度的影響。在T梁預(yù)制安裝完畢后，混凝土?xí)鹉昴?，并?huì)伴隨體積的收縮，尤其施工進(jìn)程中為了保證混凝土的強(qiáng)度，其水泥占比較多，收縮反應(yīng)也會(huì)相應(yīng)的更加劇烈。

簡(jiǎn)單來(lái)講，混凝土的收縮行為是伴隨著混凝土凝固時(shí)期溫度的變化同時(shí)發(fā)生的，內(nèi)部的濕度伴隨著問(wèn)的提升逐步降低，其吸附水不再附著在毛細(xì)孔上，壓力差加劇干縮現(xiàn)象愈加明顯。為此，高溫施工要注意及時(shí)養(yǎng)護(hù)，避免因缺水導(dǎo)致收縮應(yīng)力過(guò)強(qiáng)，而極端低溫也要避免凍融現(xiàn)象。

2.4 設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)

完善的設(shè)計(jì)方案可以有效保障施工方向，提升工程質(zhì)量，實(shí)際環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題則會(huì)對(duì)整體工程質(zhì)量產(chǎn)生決定性的消極影響，尤其是T梁預(yù)設(shè)，其拱度與馬蹄尺寸等細(xì)微環(huán)節(jié)都會(huì)極大地影響施工，缺乏科學(xué)可行的設(shè)計(jì)方案，也是T梁裂縫常見(jiàn)成因之一。主要原因如下：①預(yù)制拱度與施工標(biāo)準(zhǔn)的矛盾，設(shè)計(jì)方在設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力T梁時(shí)忽略了實(shí)際施工標(biāo)準(zhǔn)施工技術(shù)難度的因素，或無(wú)法實(shí)施，或標(biāo)準(zhǔn)過(guò)分寬松，不符建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)此，架設(shè)的T梁質(zhì)量堪憂(yōu)，結(jié)構(gòu)性和抗壓性都有待商榷。②過(guò)分關(guān)注縱向預(yù)應(yīng)力，忽視上拱反作用力對(duì)橫向應(yīng)力的影響。③保護(hù)層不足，為降低自重而壓縮馬蹄部尺寸，致使實(shí)際工程進(jìn)度中保護(hù)層過(guò)薄，加劇裂縫產(chǎn)生。

2.5 施工標(biāo)準(zhǔn)

2.5.1 模具偏差。好的設(shè)計(jì)方案要落實(shí)在施工層面上，首先遇到的就是模具制作過(guò)程，模具設(shè)計(jì)是否符合設(shè)計(jì)方案和施工標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)對(duì)整體工程的質(zhì)量產(chǎn)生至關(guān)重要的影響，在制定模具時(shí)首先要嚴(yán)格執(zhí)行項(xiàng)目方提供的設(shè)計(jì)方案，在模具環(huán)節(jié)盡量將誤差降到最低，為后續(xù)的澆筑張拉提供余地，同時(shí)也要符合相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，避免技術(shù)問(wèn)題產(chǎn)生的質(zhì)量問(wèn)題。在模具安裝時(shí)更要仔細(xì)注意安裝位置，T梁位置預(yù)設(shè)失之毫厘對(duì)整體橋梁架設(shè)效果就會(huì)謬之千里，一定要完全符合橋梁位置[2]。

2.5.2 施工技術(shù)。具體的施工環(huán)節(jié)是除后期養(yǎng)護(hù)將方案變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是把控整體工程質(zhì)量的核心環(huán)節(jié)，據(jù)調(diào)查顯示，T梁施工技術(shù)是許多T梁裂縫的重要成因。由于大部分施工現(xiàn)場(chǎng)在澆筑混凝土?xí)r會(huì)采取分部澆筑的方法，受整體T梁澆筑時(shí)間所限，不同位置的澆筑先后順序不同，其溫濕度變化產(chǎn)生的應(yīng)力不同，極易產(chǎn)生裂縫。同時(shí)受T梁自重所限，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)時(shí)馬蹄部尺寸就相對(duì)較小，相對(duì)端部而言其配筋也相對(duì)復(fù)雜，在澆筑時(shí)壓實(shí)的技術(shù)難度大，一有疏忽就極易成為整體T梁的薄弱板塊，產(chǎn)生裂縫。最后在張拉預(yù)制混凝土的進(jìn)程中，兩端也極易因?yàn)槭芰Σ煌斐呻x心作用，加劇縫隙形成。

綜上所述，施工環(huán)節(jié)的環(huán)節(jié)眾多，技術(shù)難度高，涉及要素多，一旦施工方案不符設(shè)計(jì)方案會(huì)加劇正常施工誤差或不符實(shí)際情況都會(huì)加劇裂縫的形成。

3 施工處理

3.1 預(yù)前準(zhǔn)備

預(yù)應(yīng)力T梁所涉工序復(fù)雜、裂縫成因影響因素多，為了保證整體工程質(zhì)量，減少裂縫形成，需要做好預(yù)前準(zhǔn)備，設(shè)計(jì)方案要科學(xué)合理符合實(shí)際施工環(huán)境。首先，針對(duì)方案和施工標(biāo)準(zhǔn)選用建筑材料，要嚴(yán)格把控材料質(zhì)量，避免因原材料問(wèn)題產(chǎn)生裂縫；其次，要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境設(shè)計(jì)鹽湖方案，尤其是溫差較大地區(qū)，更要重視養(yǎng)護(hù)過(guò)程，延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間，控制外部溫度，保持表面濕度從而減少收縮，具體各環(huán)節(jié)時(shí)長(zhǎng)因時(shí)因地而異；最后，要做好場(chǎng)地硬化、臺(tái)座施工、施工原材料檢測(cè)等等多方面的準(zhǔn)備工作。

3.2 預(yù)中控制

在實(shí)際施工中，要根據(jù)工程情況合理選擇施工技術(shù)，對(duì)馬蹄和端部的鋼筋嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)排布，防止結(jié)構(gòu)性裂縫吧，注意施工時(shí)間避免在暴曬溫度巨大時(shí)進(jìn)行澆筑環(huán)節(jié)，嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)前方案，選取科學(xué)的拆模時(shí)間和混凝土配比，盡量將溫濕度導(dǎo)致的收縮控制在合理范圍內(nèi)，避免收縮性裂縫。

3.3 預(yù)后處理

混凝土裂縫是施工環(huán)節(jié)中常見(jiàn)的問(wèn)題，T梁結(jié)構(gòu)雖然相對(duì)簡(jiǎn)單，但是所涉環(huán)節(jié)仍然較多，通過(guò)預(yù)前和預(yù)中措施，可以避免大部分人力可控的裂縫，但仍有部分裂縫難以避免或已經(jīng)形成，就要考慮預(yù)后處理，制定科學(xué)的修復(fù)方案以延長(zhǎng)T梁壽命，提升整體質(zhì)量，具體建議如下。

3.3.1 修復(fù)方案。①非結(jié)構(gòu)性裂縫。非結(jié)構(gòu)性裂縫多因收縮而成，分布在T梁表面，影響其耐久程度，但對(duì)安全性影響較小。對(duì)于寬度較小的裂縫，可以直接進(jìn)行封縫處理，可在裂縫處涂刷樹(shù)脂封閉膠即可，處理難度低。對(duì)于寬度較大的裂縫，為了避免修復(fù)不當(dāng)造成的二次開(kāi)裂，甚至加劇裂縫影響，需要謹(jǐn)慎保守處理，其首選主要材料為環(huán)氧樹(shù)脂漿，對(duì)裂縫采取灌漿技術(shù)，并嚴(yán)格進(jìn)行后續(xù)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)結(jié)束要進(jìn)行多次復(fù)檢，確保其與其他混凝土無(wú)差異后結(jié)束修復(fù)工作。并且要對(duì)裂縫處進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。②結(jié)構(gòu)性裂縫。相對(duì)非結(jié)構(gòu)性裂縫而言，結(jié)構(gòu)性裂縫裂危害性強(qiáng)且不易修復(fù)，隨著裂縫的擴(kuò)展會(huì)對(duì)整體架構(gòu)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性破壞，埋下極大的安全隱患，必須盡早地對(duì)其進(jìn)行處理。常見(jiàn)處理方法為粘貼加固，主流材料仍為環(huán)氧樹(shù)脂，但要注意對(duì)其進(jìn)行壓漿處理。

3.3.2 材料選擇。好的修復(fù)方案對(duì)于修復(fù)裂縫延長(zhǎng)T梁應(yīng)用年限至關(guān)重要，但是選擇合適修復(fù)材料的重要性也是毋庸置疑的，主要在于以下幾個(gè)維度。首先，良好的流動(dòng)性是其能夠滲透到裂縫中發(fā)揮其修復(fù)作用的前提和保障；其次，材料強(qiáng)度要略高于混凝土強(qiáng)度，以免二次開(kāi)裂；再次，在保障黏性的同時(shí)，要選取不具備收縮性的材料；最后，要適應(yīng)外部復(fù)雜溫差[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，我國(guó)目前交通路線(xiàn)的架構(gòu)正隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展而飛速前進(jìn)，為了使交通布局更加合理，便于居民生活，橋梁架構(gòu)勢(shì)在必行。預(yù)應(yīng)力混凝土T梁結(jié)構(gòu)是目前我國(guó)在橋梁建設(shè)中普遍采取的方案，但是，隨之而來(lái)的T梁裂縫極大地桎梏了橋梁的安全質(zhì)量。本文從T梁建設(shè)中所涉及的材料質(zhì)量層面、溫濕度應(yīng)力層面、施工涉及方案層面和施工實(shí)操層面入手，分析了裂縫的常見(jiàn)成因，并提出了一些避免裂縫的舉措和修復(fù)方案。